PRARANCANGAN ALAT PENGAMBILAN ASAM BORAT DARI SISTEM AIR PENDINGIN PRIMER PLTN - REAKTOR AIR RINGAN BERTEKANAN, 1000 MW

PRARANCANGAN ALAT PENGAMBILAN ASAM BORAT

DARI SISTEM AIR PENDINGIN PRIMER PLTN - REAKTOR

AIR RINGAN BERTEKANAN, 1000 MW

Mulyono Daryoko

Pusat Teknologi Limbah Radioaktif - BATAN

ABSTRAK

PRARANCANGAN ALAT PENGAMBILAN ASAM BORAT DARI SISTEM AIR PENDINGIN PRIMER PLTN-REAKTOR AIR RINGAN BERTEKANAN, 1000 MW. Pada sistem air pendingin primer PLTN reaktor air ringan bertekanan dilakukan penambahan asam borat untuk penyerapan neutron dan pengaturan pH. Agar konsentrasi asam borat selalu memenuhi syarat dan efisien, maka pada sistem reaktor tersebut perlu dilengkapi dengan alat evaporator untuk pengambilan asam borat yang kemudian dimanfaatkan kembali. Telah dilakukan prarancangan alat evaporator ini. Dasar perhitungan alat tersebut adalah dengan kapasitas pengolahan 3500 l/jam dan kandungan padatan dalam air pendingin primer 4 mg/l. Uap air yang digunakan adalah uap superheated 3,4 atm, 281ºF. Data hasil perhitungan prarancangan evaporator ini adalah bagian evaporator (heat exchanger): diameter shell 25 in (62,50 cm), diameter nominal pipa 1,5 in (3,75 cm), jumlah pipa 115 buah, susunan pipa triangular pitch, 1 inch pitch, tinggi shell 600 cm; bagian pemisah fase (mist separator): diameter 160 in (400 cm), tinggi 480 in (1200 cm); bagian kondensor: diameter shell 25 in (62.50 cm), diameter nominal pipa 1,5 in (3,75 cm), jumlah pipa 115 buah, susunan pipa triangular pitch,1 inch pitch, tinggi shell 600 cm.

ABSTRACT

PREDESIGN OF EQUIPMENT FOR BORIC ACID RECOVERY FROM PRIMARY COOLING WATER SYSTEM OF NPP-PWR, 1000 MW. In the primary cooling water system of NPP-PWR was added the boric acid as neutron absorbent and it was done to controlling of the pH. In order to the concentration of boric acid always comply to the requirement and efficient, so in the reactor system necessary to be completed with evaporator unit to recovery the boric acid from the system by to get boric acid concentrates for reuse. Predesign of the evaporator has been carried out. The basic of calculation of this predesign are the processing capacity 3500 l/hr, and solid content 4 mg/l. The system is the superheated steam at 3.4 atmosphere, 281ºF. The data of the calculation results from predesign of the evaporator is a part of evaporator (heat exchanger), i.e.: diameter of shell is 25 inch (62.50 cm), nominal diameter of tube is 1.5 inch (3.75 cm), number of tube is 115, tube arrangement triangular pitch, 1 inch pitch, height of shell is 600 cm; Mist separator: diameter is 160 inch (400 cm), height 480 inch (1200 cm); Condenser: diameter of shell is 25 inch ( 62.50 cm), nominal diameter tube is 1.5 inch (3.75 cm), number of tube is 115, tube arrangement triangular pitch, 1 inch pitch, height of shell is 600 cm.

PENDAHULUAN

Pada pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) tipe reaktor air ringan bertekanan (PWR=Pressurized Water Reactor), air pendingin primer mengambil panas reaksi fisi dalam reaktor, kemudian panas ditransfer ke boiler untuk penguapan air pendingin sekunder. Uap yang dihasilkan kemudian digunakan sebagai pemutar turbin untuk pembangkit listrik. Pada awal siklus jumlah bahan bakar uranium mempunyai akses reaktivitas yang lebih besar. Reaksi fisinya :

dimana X dan Y adalah nuklida hasil fisi.

Batang kendali saja bila digunakan saat awal siklus tersebut tidak mampu menyerap neutron hasil reaksi fisi. Reaktivitas teras tidak terkendali, panjang siklus akan menjadi pendek dan kapasitas penyerapan panas oleh pendingin primer tidak mencukupi. Oleh karena itu diperlukan penambahan Boron-10 ke dalam air pendingin primer yang bertujuan untuk penyerapan neutron guna menjalankan fungsi mengendalikan reaktivits teras dan meratakan fluks neutron agar bahan bakar mengalami pembakaran yang sama[1]. Reaksi penyerapannya :

Boron-10 dalam bentuk asam borat yang ditambahkan kedalam air pendingin primer mempunyai kadar 4000 ppm. Untuk pengaturan pH, Li-6 dalam bentuk litium hidroksida ditambahkan ke dalam air pendingin primer tersebut pada kadar 2,2 ppm.

Asam borat dalam limbah cair (air pendingin bekas) akan memberikan kesulitan dalam proses sementasi untuk isolasi dan pengungkungan unsur radioaktifnya. Beton hasil pemadatan menjadi sulit mengeras. Berdasarkan pertimbangan ekonomi dan keselamatan, asam borat yang terdapat dalam air pendingin bekas diambil kembali melalui proses evaporasi sehingga diperoleh asam borat sebagai pekatan yang digunakan kembali dan kondensat yang dipakai sebagai air make-up. Jika air berkadar boron cukup tinggi mengalami pendinginan, maka akan ada resiko penyumbatan saluran pipa karena kristal yang terbentuk.

Pada penelitian selanjutnya telah diperoleh kondisi proses yang optimal agar pada proses evaporasi tersebut belum terdapat resiko penyumbatan oleh terjadinya kristal asam borat. Kondisi tersebut adalah pada kadar asam borat 6 %[2]. Pada makalah ini akan dilakukan prarancangan alat evaporator untuk pengambilan asam borat tersebut.

Evaporasi adalah proses pemekatan dari suatu larutan, yaitu dengan mengubah zat pelarutnya saja menjadi uap[1,2]. Pada umumnya suatu larutan terdiri dari zat yang mudah menguap (volatile) dan yang tidak mudah menguap (non volatile). Dengan perkataan lain evaporasi adalah proses penghilangan zat-zat yang mudah menguap untuk mendapatkan larutan yang lebih pekat. Pada proses evaporasi limbah radioaktif, bahan radioaktif merupakan komponen terbesar yang masuk ke dalam konsentrat. Pengolahan limbah cair dengan evaporasi akan efektif untuk limbah dengan aktivitas sedang dan mempunyai kandungan garam, asam atau basa yang tinggi[3].

Dalam prarancangan evaporator, faktor yang paling penting ialah perpindahan panas, maka luas permukaan panas sangat menentukan harga evaporator. Oleh karena itu dipilih bahan yang mempunyai koefisien perpindahan panas paling tinggi. Evaporator pada umumnya diklasifikasikan menjadi 4 macam[2]:

1. Pesawat yang langsung dipanaskan dengan sumber panas, misalnya sinar matahari, api, dll. 2. Pesawat dengan sumber panas memakai jacket, coil, double wall, flat plate dan lain-lain

3. Pesawat yang memakai air sebagai pemanas dengan medium pemanas berbentuk pipa (tubular heating surface), ada 2 bentuk:

•

Dengan pipa-pipa horizontal (horizontal tubes evaporator)

•

Dengan pipa-pipa vertikal (vertical tubes evaporator)

4. Pesawat dengan pemanas kontak langsung dengan cairan yang diuapkan.

Dari jenis-jenis evaporator yang disebutkan di atas, yang paling banyak digunakan ialah tubular heating surface dengan standard vertical tube-natural circulation[3]. Evaporator jenis ini mempunyai koefisien perpindahan panas per satuan volume yang tinggi, sehingga sangat ekonomis pada pengoperasiannya; cocok untuk pengolahan cairan yang mengandung material yang mudah menguap (bahan radioaktif tersebut mudah dipisahkan dari larutannya dalam bentuk konsentrat); perawatannya mudah; dan harganya relatif murah.

Untuk mendukung beroperasinya PLTN tipe PWR, 1000 MW, maka unit evaporator untuk keperluan ini berkapasitas 3500 l/jam[1].

METODOLOGI

Dalam prarancangan evaporator perlu pertimbangan harga-harga variabel design yaitu[2] :

Temperature strains

Temperature strains adalah pemuaian logam yang dipakai, dan merupakan suatu faktor yang sangat penting. Jika pemuaian logam tidak sama, bisa mengakibatkan tube bundle. Oleh karena itu beda temperatur antara shell dan tube side maksimum yang diperbolehkan adalah 50 ºF.

Geometri alat

Yang dimaksud geometri alat ialah pemilihan tube, size, pitch dan shell. Dalam suatu desain yang penting ialah bahwa semua ukuran harus dibuat pada keadaan off standard. Standar panjang pipa adalah 8 ft, 12 ft, 16 ft dan 20 ft. Standar diameter pipa (OD) adalah 0,5”; 0,75”; 1”; 1,25”; 1”; 1,5” dengan normalisasi BWG. Standar diameter pipa dengan nominal IPS adalah 1_/

8”, ¼”, ½”, 1”, dst.

Biasanya shell dibuat tebal 3_/

8” untuk ID shell 12 – 24 in. Jika tekanan 300 Psig dan korosif maka

dipakai tebal shell lebih besar.

Baffle

Tujuan pemakaian baffle ialah untuk menaikkan turbulensi aliran, sehingga harga koefisien transfer panas naik. Besarnya baffle spacing : (0,5-1,0) x ID shell

Sistem aliran fluida

a. Uap air

Uap air dipakai sebagai pemanas karena panas pengembunannya besar, biasanya dipakai saturated steam dengan sedikit super heated steam, dengan ∆t antara 40 – 50º F

b. Air pendingan

Air pendingin bisa langsung dari sungai atau dari air yang telah melalui proses kimia.

Data sistem fluida

Dalam pra rancangan evaporator perlu cukup data fluida yang diproses, hal ini disebut dengan process informations, diantaranya:

1. Sifat fisis dari fluida yang diproses, misalnya cp, k, μ, ρ dan lain lain. 2. Jumlah aliran

3. Suhu masuk dan keluar

4.

Tekanan operasi dan penurunan tekanan yang diizinkan 5. Fouling factor

Data bahan, termasuk sebagai mechanical information

1. maksimum dan minimum suhu dan tekanan kerja 2. korosivitas bahan

3. bahan konstruksi yang dipilih

Pemeriksaan terhadap harga fouling factor dan pressure drop

Data fouling factor dapat dilihat pada pustaka [2]. Dalam prarancangan evaporator, harga fouling factor (RD minimum) biasanya diambil sekitar 0.002 jam ft2 ºF Btu-1[1,2]. Selisih RD - RD minimum tidak boleh

terlalu besar, untuk menghindari over-design[2]. Harga pressure drop yang diizinkan pada prarancangan evaporator (∆P maks) ialah 10 psi[1,2]. Untuk perhitungan pressure drop evaporator hasil prarancangan digunakan rumus-rumus dari pustaka [2]

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

Berikut ini adalah hasil-hasil perhitungan untuk prarancangan evaporator untuk pengambilan kembali asam borat pada sistem air pendingin primer PLTN reaktor air ringan bertekanan.

Dasar perhitungan:

Kapasitas evaporator 3500 l/j atau 3500 kg/j, konsentrasi padatannya 4%, suhu cairan masuk ± 25o_C

dipanaskan sampai teruapkan pada ± 110o_C.

Kebutuhan panas (Q1) untuk menaikkan suhu 25o_{C - 110}o_C

(

)

jam

Btu

F

x

F

lb

Btu

x

lb

kg

jam

kg

Q

1

,

8

110

25

º

1

.

180

.

500

º

.

1

/

4536

,

0

/

3500

1

=

−

=

(1)

Panas penguapan (pada 1 atm) :

lb

Btu

H

v

=

970

,

3

∆

[1,2]

jam

Btu

lb

Btu

x

lb

kg

j

kg

Q

970

,

3

7

.

487

.

000

/

4536

,

0

/

3500

2

=

=

(2)

Kebutuhan panas total (Qt): Qt = Q1 + Q2 (3)

= (1.180.500 + 7.487.000)Btu/jam = 9.667.500 Btu/jam

Untuk pemakaian natural circulation evaporator, efisiensi panas sebesar 65 – 80 %. Efisiensi diambil 70%, maka panas yang diperlukan:

jam Btu j Btu Qt 13.810.500 7 , 0 / 500 . 667 . 9 ₌ = (4) Perbedaan temperatur dalam suatu pemanas maksimum 50ºF. Peralatan tersebut menggunakan uap air dengan suhu 281 ºF, P = 50 psi = 3, 4 atm. Panas laten penguapan (∆Hv) = 924 Btu/lb [1,2].

Dianggap 75% dari uap panas mampu mengembun dalam evaporator, kebutuhan uap air:

jam

kg

jam

lb

lb

Btu

x

j

lb

x

Q

m

v

990

.

43

928

,

19

/

924

75

,

0

/

500

.

810

.

13

75

,

0

∆ Η

=

=

=

=

(5) Perhitungan Evaporator

Tube : Dipakai standar pipa: stainless stell AISI 316, nominal diameter (ND) = 1,5”; 10 BWG, diameter dalam (ID) = 1,23”; luas permukaan perpindahan panas (a’t)= 1,19 in2, luas linier luar (ao)= 0,3925 ft2/ft;

luas linier dalam (ai )= 0,3225 ft2/ft; tube disusun secara triangular pitch dengan jarak 1” pitch; dipilih

panjang pipa standar L = 16 ft; tinggi shell diambil = 20ft = 240” = 600 cm. Diambil shell : Standard shell 25”, n = 1 pass. Dari pustaka [2], tabel 9 didapat jumlah tube = 115 buah. Luas perpindahan panas (at) : 2

2575

,

0

1

144

3225

,

0

115

144

x

ft

x

n

xa

N

a

t t t

=

=

=

(6)

Harga ini akan dipakai untuk menghitung keperluan kebutuhan luas perpindahan. Di = ID

ft

ft

in

Tube

0

,

1025

/

12

23

,

1

₌

=

Larutan yang diuapkan dalam natural circulation evaporator ; diambil circulation ratio = 10 x. Jumlah aliran total (Gt):

(

)

2 2

₀

_,

₄₅₃₆

_/

329

.

617

_.

2575

,

0

/

3500

11

ft

j

lb

lb

kg

x

ft

j

kg

x

a

W

G

t t

=

=

=

(7)

Kecepatan aliran uap dalam evaporating chamber (G’v):

2 2 '

.

965

.

29

.

11

617

.

329

ft

j

lb

ft

j

lb

G

v

=

=

(8)

Kecepatan uap dalam bagian flashing (bagian atas) evaporator (Gv):

diameter shell : d = 25” = 2,08 ft

(

)

2 2 2 2 2

.

77

,

15

)

/

144

(

4

08

,

2

/

4536

,

0

/

3500

in

j

kg

ft

in

ft

x

jam

kg

G

_v

=

=

π

(9) Larutan adalah asam borat, dengan kadar 4 mg/l. Pada 240 ºF (titik didih cairan), maka:

2

.

4598

,

0

19

,

0

ft

j

lb

cp

=

=

µ

(10)

F

ft

j

lb

k

º

.

6

,

0

₂

=

(11)

F

lb

Btu

C

_p

º.

2

,

1

=

(12)

Dimana μ= angka kekentalan cairan umpan (dalam cp); k = thermal conductivity (dalam lb/j. ft2_.ºF);

Cf = specific heat dari larutan dingin (dalam Btu/lb.ºF). Mencari harga koefisien transfer panas dan

harga bilangan Renold (Re) :

(

)

₇₃

_.

₄₇₉

4598

,

0

617

.

329

1025

,

0

₌

=

=

x

u

xG

D

R

o t e (13)

156

1025

,

0

16

₌

=

D

L

(14) Dari Gambar 24[2] :

JH = 210 (15) 3 / 1









=

k

xu

C

D

k

J

h

p i H i (16) 3 / 1

6

,

0

4598

,

0

2

,

1

1025

,

0

6

,

0

210













=

x

x

h

_i (17)

F

ft

j

Btu

h

_i

º.

.

1160

₂

=

(18)













=

=

5

,

1

23

,

1

1160x

O

I

x

h

h

D D i io (19)

F

ft

j

Btu

h

_io

º.

.

951

₂

=

(20)

Dimana hi ,ho = koefisien perpindahan fluida di dalam dan di luar pipa; hio = harga hi yang dipindah ke

luar pipa. Uap sebagai pemanas :









=

F

ft

j

Btu

h

_o

º.

.

1500

₂ clean coefficient = o io o io c

h

h

h

h

U

+

=

.

(21)

F

ft

jam

Btu

x

U

_c

º.

.

582

1500

951

1500

951

2

=

+

=

(22)

cek penentuan hio=1500Btu/jam.ft2.ºF (23)

(

s a

)

io o o a w

T

T

h

h

h

T

T

−

+

+

=

(24)

(

)

F

T

_w

281

240

299

,

59

º

1500

210

1500

240

−

=

+

+

=

(25)

F

F

F

t

_f

290

º

2

º

59

,

299

º

4

,

281

+

₌

=

(26) Dimana Tw = temperatur rata-rata uap-cairan, Ts = suhu uap air, Ta = titik didih cairan.

Pada 290º F : µF = 0,155 x 2,42 = 0,3267 lb/jam.ft2 _{(Gambar 14 [2], ρ} f = 1,0, kf = 0,360 Persamaan 12-42 [2] : 3 / 1 3 / 1 3

4

5

,

1

.

.

−

















=

















f f f f

G

g

k

h

µ

ρ

µ

atau 3 / 1 2 3

4

.

5

,

1

_















=

G

k

h

f

ρ

f (27) 2

.

5356

215

5

.

1

5

.

0

12

7000

11

2

/

1

j

ft

lb

x

x

x

x

N

D

W

G

t o

=

=

=

(28)

F

ft

j

Btu

x

x

x

x

x

h

º.

.

422

327

.

0

5356

4

10

.

18

.

9

63

35

.

0

5

.

1

₂ 3 / 1 8 2 3

=









=

(29) Dari persamaan di atas :

(

)

F

T

_w

281

240

267

º

422

210

422

240

−

=

+

+

=

(30) Jadi harga

F

ft

j

Btu

h

_o

º.

.

422

₂

=

dapat dipakai mencari harga Uc :

F

ft

j

Btu

x

h

h

xh

h

U

o io o io c

º.

.

292

422

951

422

951

2

=

+

=

+

=

(31) Mencari Harga UD :

Panas yang ditransfer :

QT = 9.667.500 Btu/jam-1, Tube : ao = 0,3925 ft2/ft, ai = 0,3225 ft2/ft

maka

_a

_m

=

₀

_.

₃₉₂₅

_x

₀

_.

₃₂₂₅

=

₀

_.

₃₅₅

panjang pipa = 16 ft, jumlah pipa = 115 buah, temperatur dinding = 275 ºF, ∆t = 35 º F, Evaporator dianggap bekerja isotermal: Δtom = 35 º F. Luas permukaan perpindahan panas:

Am = L x am x n = 16 x 0.355 x 115 = 653 ft2 (32) (33)

F

ft

jam

Btu

x

t

A

Q

U

om m D

º.

.

422

35

653

500

.

667

.

9

.

_∆

=

=

2

=

(34) Rumus dari [2] d C D R U U = + 1 1 (35) d

R

+

=

292

1

422

1

(36)

Btu

F

ft

jam

R

_d

0

.

001055

.

º.

2

=

(37)

Rd yang diijinkan untuk sistem air-uap air adalah 0,002

Btu

F

ft

jam

.

2

º.

[1,2]. Hal ini berarti bahwa evaporator yang dipilih pada awal perhitungan, dan menghasilkan Rd seperti pada persamaan (37) adalah memenuhi syarat. Harga tersebut mendekati harga Rd yang diijinkan, yang berarti bahwa evaporator yang dipilih adalah sangat efisien, dan tidak over design.

Perhitungan Pressure Drop

Pada perbandingan sirkulasi (circulation ratio) = 1. masa jenis uap:

3

0371

,

0

672

359

1

492

18

ft

lb

x

x

x

v

=

=

ρ

(38)

lb

ft

V

v 3

24

,

27

=

(39) Cairan pada 240 º F :

l

kg

i

=

0

,

95

ρ

(40)

lb

ft

x

V

_i

0

,

0168

/

95

,

0

34

,

62

1

₌

3

=

(41) om m D T

U

A

t

Q

=

.

.

∆

Sirkulasi cairan =

jam

lb

jam

lb

x

160

.

72

/

4536

,

0

3500

10

₌

(42) Volume aliran total :

Cairan =

jam

ft

jam

ft

x

3 3

1302

016885

,

0

610

.

72

=

(43) Uap =

jam

ft

jam

ft

x

3 3

185

.

210

24

,

27

4536

,

0

3500

₌

(44) Jumlah aliran =

jam

ft

211.487

2

Uap dan cairan :

lb

ft

lb

kg

x

jam

kg

x

jam

ft

V

_o 3 3

4916

,

2

4536

,

0

11

3500

487

.

211

=

=

(45)

Shell, pressure of leg :

(

)

V

(

x

)

psi

V

V

V

xL

P

i o i o s

0

,

8236

01688

,

0

24916

log

01688

,

0

4916

,

2

144

16

3

,

2

log

144

3

,

2

₌

−

=

−

=

∆

(46) Tube :

73

.

575

4592

,

0

329617

1025

,

0

₌

=

=

D

xG

x

R

o t e

µ

(47) f = 0,00018 (fig. 26) ρmean = Smean = 0,4013 lb/ft3 Tube:

Psi

x

x

x

x

x

x

x

xDxSx

x

xLxn

fxG

P

t t

1

,

7

4013

,

0

105

,

0

10

22

,

5

1

12

16

219617

00018

,

0

10

22

,

5

10 10 2

=

=

Φ

=

∆

(48)

Jadi harga preassure drop: ∆Ps = 0,8236 psi, ∆Pt = 1,7 psi, ∆P maks. 10 psi ; Jadi harga ini dapat

dipakai untuk evaporator yang didisain.

Hasil perhitungan evaporator: ukuran evaporator: diameter shell Ds = 25 in, diameter pipa ND = 1,5 in,

10 BWG; jumlah pipa n = 115 buah; panjang pipa L = 16 ft

F

ft

jam

Btu

U

_c

º.

.

292

₂

=

; RD terpakai =

Btu

F

ft

jam

.

º.

00105

,

0

2 ; UD terpakai =

F

ft

jam

Btu

º.

.

422

₂ ; at = 0,11659 ft2; ΔPt = 1,7 psi; ΔPs = 0,8236 psi;

luas transfer panas Am = 653 ft2

ΔPt dan ΔPs maksimum adalah 10 psi. Hal ini menunjukkan bahwa evaporator yang direncanakan

memenuhi syarat. Kecepatan cairan teruapkan pada bagian atas dari evaporator

( )

2 2 2

561

,

3930

.

2741

,

0073

.

1

4

1

4536

,

0

200

in

jam

kg

ft

j

lb

x

V

_t

=

_π

=

=

₍₄₉₎

Perhitungan Mist Separator

Dari [1] diketahui bahwa pemasukan uap dalam pipa masuk mist separator 30-100 ft/detik. Dipakai kecepatan 40 ft/detik. Jumlah aliran uap = 211.487 ft3_{/jam. Luas pipa yang dibutuhkan:}

2 2 3

211

468

,

1

3600

40

487

.

211

in

ft

jam

ft

x

jam

ft

A

=

=

=

(49)

in

x

D

D

A

4

211

269

16

,

4

4

2

_→

₌

₌

₌

=

π

π

₍₅₀₎

Dipakai pipa: ND = 18”, ID = 17,25”, SN = 20”; Diameter mist separator : Dc = 10 x 18” = 180” = 15 ft

Tinggi silinder: Lc = 2,5 - 6D. Berhubung perhitungan elevasi ruangan maka dipakai: Lc = 3 x 200” =

600 ”

Jadi mist separator : Dc = 180”, Lc = 600”, Pipa masuk ND = 18”, SN = 20 IPS

Pipa sirkulasi

Aliran total (QT)=aliran sirkulasi+umpan=(35.000+3500) liter/jam = 38.500 liter/jam. Dipakai kecepatan

aliran nominal = 10 m/detik

2 3

9

,

106

3600

100

1000

500

.

38

cm

jam

cm

x

jam

cm

x

A

=

=

(51)

(

)

cm

in

D

_i

=

4

106

,

9

=

11

,

7

=

4

,

7

π

(52)

Karena yang dialirkan adalah cairan yang pekat (thick liquor) maka dipakai diameter yang besar: Dipakai ND = 4”, SN = 40; ID = 4,026. Pipa dari mist separator ke kondensor dipakai juga: ND = 18” . Pipa umpan cairan :

Qe = 3500 liter/jam , kecepatan linier = 10 m/detik,

Luas aliran: 2 3

97

,

0

3600

1000

1000

3500

cm

dtk

cm

x

dtk

cm

x

A

=

=

(53)

cm

x

x

D

=

4

0

,

97

2

=

1

,

57

π

(54) Dipilih pipa ND = 2”, SN = 40 Pipa uap air pemanas

Aliran uap air = 19.928 lb/jam, tekanan 50 psi, temperatur 281º F

jam

ft

jam

ft

x

x

Q

3 3

7884

741

7

,

14

359

18

928

.

19

=

=

(55) Kecepatan uap dalam pipa 100-150 ft/detik.

2 3 3

2628

,

0

0219

,

0

3600

100

884

.

7

in

ft

jam

ft

x

jam

ft

A

=

=

=

(56)

in

x

D

=

4

0

,

2628

=

0

,

5786

π

(57)

Dipakai pipa uap air : ND = 2”, SN=40, ID = 2,067, kecepatan alir =77,86 ft/detik. Pendingin Air

Kebutuhan pendingin pada kondensor: Qc = 302,76 ft3/jam, V = 5 ft/detik 2 2 2 2

₁₄₄

₂

_,

₄₂₂

3600

5

76

,

302

in

ft

in

x

ft

x

A

=

=

,

d

=

1

,

756

"

(58) Dipakai : ND = 4“, SN = 40 Perhitungan Kondensor

Uap yang dihasilkan = 3500 kg/jam,1 atm. Panas pengembunan

∆HL = 970,3 Btu/lb

jam

Btu

lb

Btu

x

lb

kg

jam

kg

Q

970

,

3

7

.

487

.

000

4536

,

0

3500

=

=

(59)

Panas pendinginan dari 212º F menjadi 140º F

(

)

jam

Btu

jam

Btu

x

Q

_c

555000

4536

,

0

3500

140

212

−

=

=

(60) Jumlah panas yang dibutuhkan :

QT = (7.487.500 + 555.000) Btu/jam = 8.042.000 Btu/jam (61)

Air pendingin

Masuk 86º F keluar 110 ºF, tom = 65,8ºF; Karena air pendingin tahannya besar maka dipakai; sistem

water tube kondensor, yaitu air pendingin dalam pipa, dan uap dialirkan dalam shell. Kebutuhan air pendingin(Q1)

jam

kg

jam

lb

Q

335

.

000

/

152

.

000

/

86

110

000

.

042

.

8

1

=

₋

=

=

(62) Perhitungan Kondensor

Misalnya dipakai shell 25”, jumlah pipa 115, triangular pitch, ND = 1,5”, Panjang tube = 16 ft = 192”, baffle = 7 buah, jarak baffle = 1 ft. Tinggi shell diambil 20 ft = 240” = 600 cm.

Dengan perhitungan yang sama dengan perhitungan evaporator, didapatkan: ∆Ps = 0,01774 psi, ∆Pt = 0,9400 psi, Uc = 382, UD = 60,327 Rd = 0,01409

Btu

F

ft

jam

.

2

º.

Dari hasil perhitungan, menunjukkan bahwa kondensor tersebut bisa digunakan.

Pada prarancangan evoporator ini, dianggap evaporator beroperasi secara semi kontinyu, sehingga pengambilan konsentrat asam borat diatur pada waktu sedemikian rupa secara otomatis, sehingga konsentrat asam borat tersebut mencapai konsentrasi 6%[2].

KESIMPULAN

Berikut ini hasil-hasil perhitungan dari evaporator dan peralatannya:

Diameter shell; Ds= 62,5 cm; Pipa, ND= 1,5”, 10 BWG, n= 115 buah, tinggi shell = 600 cm; susunan

triangular pitch, 1” pitch; Koefisien transfer panas :Uc = 292 Btu/J.ft2.ºF; UD = 422 Btu/J.ft2.ºF; Rd

terpakai = 0,00105 jam.ft2_{.ºF/Btu; Pressure drop: Shell: ∆P}

s = 0,8236 psi, Pipa: ∆Pt = 1,7 psi.

Mist separator:

Diameter Dc = 400 cm; Tinggi Lc= 1200 cm; Pipa masuk ND = 4”; SN = 40 IPS.

Pemipaan:

Pipa dari evaporator ke mist separator, ND = 4”, SN = 40 IPS; Pipa sirkulasi : ND = 2,5”, SN = 40; Pipa mist separator ke kondensor ND = 4”, SN = 40 IPS; Pipa steam pemanas : ND = 1,5 ”,SN = 40; Pipa umpan cairan : ND = ½”, SN = 80; Pipa pendingan air : ND = 2”, SN = 40.

Kondensor:

Diameter shell : Ds = 62,5 in, Tube: ND= 1,5”, 10 BWG, n= 115 buah, tinggi 600 cm, susunan triangular

pitch 1” pitch; Pipa, panjang L = 16 ft; Koefisien transfer panas: Uc = 382 Btu/jam.ft2. ºF, UD = 60,327

Btu/jam.ft2_{. ºF; R}

D = 0,01409 jam.ft2. ºF/Btu; Pressure drop: Shell ΔPs = 0,01774 psi, Pipa ΔPt = 0,9400

psi.

Dari hasil perhitungan ini bisa dilihat pada Gambar 1.

DAFTAR PUSTAKA

1. Anonymous (1993), EDF 1300 MW, Nuclear Power Plants, Electricite de France Paris, 1983

2. Salimin, Z. (2006) Optimasi Pengambilan Kembali Asam Borat dari Limbah Cair Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Jenis Reaktor Air Ringan Bertekanan”, Prosiding Seminar Nasional XV, Kimia dalam Industri dan Lingkungan, Jaringan Kerjasama Kimia Indonesia

3. Perry, R.H (1973) Chemical Engineers Handbook”, 5th _{Edition, Mc.Graw Hill Kogakusha LTD}

4. Kern, D.Q(1950) Pprocess Heat Transfer” International Student Edition”, Mc.Graw Hill Kogakusha Ltd 5. Yamamoto,Y(1968)., ”Design And Operation Of Evaporator For Radioactive Wastes”, Technical

Reports Series No.87, IAEA, Vienna

6. Anonymous (1993)., Waste Management and Decommissioning”, Report of Feasibility Study of The First Nuclear Power Plant at Muria peninsula region, Newjec inc jakarta, september, 1993.

Gambar 1. Hasil Prarancangan Alat Pengambilan Asam Borat Dari Sistem Air Pendingin Reaktor PLTN PWR, 1000 MW